Klimamodelle können zukünftige Überschwemmungen unterschätzen

Klimamodelle unterschätzen möglicherweise erheblich, wie extreme Niederschläge als Reaktion auf einen Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre auftreten werden, findet eine neue von Yale geleitete Studie.

Es läuft alles auf die Physik der Regentropfen hinaus, erklären die Forscher Ryan Li und Joshua Studholme in der Zeitschrift Natur Klimawandel. Selbst eine geringfügige Änderung des Prozentsatzes jedes fallenden Regentropfens, der die Erdoberfläche erreicht, kann den Unterschied zwischen einem Klima mit leichtem Nieselregen und einem Klima ausmachen, das beispiellose Sintfluten erzeugt.

Doch vorerst scheinen viele Klimaprojektionen zukünftige Überschwemmungen zu unterschätzen, sagen die Forscher.

„Ob der Regen, den eine Wolke im Laufe ihres Lebens produziert, in wärmeren Klimazonen zu- oder abnimmt, ist eine Forschungsfrage von vor über einem halben Jahrhundert. Wir suchen immer noch nach der Antwort“, sagte Li, ein Doktorand am Department of Earth and Planetary in Yale Naturwissenschaften und Erstautor der neuen Studie.

„Was wir gezeigt haben, ist, dass die Antwort auf diese scheinbar isolierte Frage tatsächlich eine große Rolle bei den Projektionen des globalen Klimawandels spielt.“

In den letzten Jahren kam es zu einer Welle großer Stürme, die die Erwartungen hinsichtlich der Niederschlagsstärke übertrafen. Solche Stürme erreichten im Jahr 2021 weltweite Rekorde für Schäden und kosteten die Vereinigten Staaten 65 Milliarden US-Dollar, Europa 43 Milliarden US-Dollar und China 30 Milliarden US-Dollar. Diese finanziellen Verluste resultierten unter anderem aus der weit verbreiteten Destabilisierung von Land in Deutschland und überfluteten U-Bahn-Systemen in New York City und Henan, China.

Viele hochmoderne Klimamodelle haben den Anstieg extremer Stürme nicht kommen sehen, sagen die Autoren der neuen Studie. Für ihre Studie analysierten sie die Modelle, um zu verstehen, ob und warum die Auswirkungen von Treibhausgasen unterschätzt werden. Sie führen das Problem auf eine zentrale Frage zurück: Wie viel Regen wird aus einer bestimmten Wolke die Erdoberfläche erreichen, wenn der Planet weiter wärmer wird?

„Klimamodelle, die für aktuelle Prognosen zur globalen Erwärmung verwendet werden, sind in dieser kritischen Frage uneins“, sagte Co-Autor Studholme, Physiker und Postdoktorand am Department of Earth and Planetary Sciences der Fakultät für Künste und Wissenschaften in Yale.

„Die Antwort entspricht einem erstaunlichen, zweifachen Unterschied bei den Prognosen extremer Regenfälle“, sagte Studholme, der auch als Autor am sechsten Bewertungsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für Klimaänderungen beteiligt war.

Für die Studie entwickelten die Forscher eine neuartige Methode zur Messung der Niederschlagseffizienz (PE), der Regenmenge, die beim Fallen aus einer Gewitterwolke wieder verdunstet. Eine PE-Messung von 0 würde bedeuten, dass kein Regen die Erdoberfläche erreicht; Ein PE von 1 würde bedeuten, dass das gesamte Wasser aus der Wolke auf die Oberfläche regnete. Die Forscher achteten besonders auf die „Trocknungs“-Zeitskala von Wolken – die Zeit, die eine Wolke benötigen würde, um ihr gesamtes Wasser abzugeben.

Die Forscher fanden heraus, dass atmosphärische Modelle, die detailliertere, höher aufgelöste Informationen über Wolken verwenden, oft eine höhere PE verwenden – was mehr Niederschlag bedeutet. „Leider gibt es noch nicht die Rechenleistung, um diese hochauflösenden Modelle für Projektionen zum globalen Klimawandel auszuführen“, sagte Studholme. „Aber sie können verwendet werden, um herkömmliche Klimamodelle zu kontextualisieren.“

Sie fanden auch heraus, dass die traditionellen Klimamodelle – diejenigen, die eine zunehmende PE vorhersagen, wie die hochauflösenden Modelle – einen zweifachen Anstieg extremer Niederschlagsereignisse im 21. Jahrhundert im Vergleich zu Modellen mit abnehmender PE vorhersagen.

Co-Autoren der Studie sind Alexey Fedorov, Professor für Ozean- und Atmosphärenwissenschaften in Yale; und Trude Storelvmo, eine ehemalige Yale-Professorin, die jetzt an der Universität Oslo ist.